JP2827009B2

JP2827009B2 - ばね装置

Info

Publication number: JP2827009B2
Application number: JP2634688A
Authority: JP
Inventors: 銃二小島; 弘之松本
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1988-02-06
Filing date: 1988-02-06
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH01203709A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ばねの正の特性以外の特性を具現化したば
ね装置に関する。

［従来の技術とその問題点］一般に、ばねの荷重とたわみの関係はばね定数で表わ
される。このばね定数は一部の例外を除いて、たわみが
増えると荷重も増加する正の特性を有しており、ばねは
正の特性を利用することで各種産業機器に組み付けられ
ている。負の特性、すなわち、たわみが増えると荷重が
減少する特性はばね単独では得ることができないもので
あり、負の特性を具現化し、産業上の利用に供すること
は不可能であった。ただ、皿ばねあるいはスナップアク
ションを伴うばねにおいては、作動の全ストロークの極
く限られた範囲内で負の特性が生じるが、この領域は極
めて狭いばかりでなく、領域を越えて使用する場合には
ばねが復帰しなくなることから、到底実用に供せるもの
ではない。

そこで、本発明は、ばねの全作動範囲に亘ってばねの
正の特性以外の特性を具現化して、その特性を広範囲の
分野に有効利用することが可能な新規なばね装置を提供
することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］上記目的を達成するため本発明は、ばねとマグネット
とを組み合わせて正の特性以外の特性を具現化したもの
であり、ばねと、このばねの作動範囲を制限する制限部
材と、この制限部材間を移動する移動部材と、この移動
部材の移動途中で該部材の負荷を受ける補助ばねとを具
備してなり、前記制限部材又は移動部材の、少なくとも
一方がマグネットから成り、他方が磁性体又はマグネッ
トであるばねの正の特性以外の特性を具現化することを
特徴とする。ここで、ばねの正の特性以外の特性とは、
移動部材の全移動範囲で、（ａ）負の特性又は（ｂ）定
荷重特性あるいは（ｃ）負の特性、定荷重特性と正の特
性の合成による任意の非線形特性をいう。

［作用］上記の構成によると、制限部材と移動部材との間に磁
気吸引力が作用し、この磁気吸引力とばねのたわみに対
する荷重とが合成されることにより、装置全体は正の特
性以外の特性で作動する。補助ばねは移動部材の移動途
中で前記ばねとは別個に荷重を受けて前記ばねの荷重に
加算されるので、装置全体の特性の調整が行われるよう
になっている。

［実施例］以下、本発明を添付図面を参照して具体的に説明す
る。なお、図面の説明において、同一の要素は同一の符
号を付して重複する説明を省略する。

第１図は本発明の第１実施例を示す説明図であり、圧
縮ばねからなるばね１と、制限部材２と、移動部材３
と、補助ばね４とを備えてばね装置が構成されている。
ばね１は等ピッチで巻回されて、制限部材２に装着され
ている。制限部材２は固定側ベース５に接するように取
り付けられるばね受け座６と、ばね受け座６の略中央部
分から上方に伸びるように一体的に成形されたシャフト
７と、シャフト７の上端部に螺着されたストッパ板８と
からなっている。前記ばね１はこの制限部材２のシャフ
ト７に外挿されており、下端部がばね受け座６に支承さ
れると共に、後述する移動部材３がストッパ板８によっ
て上動を制限されることでばね１はばね受け座６および
ストッパ板８によって作動範囲が制限されている。前記
移動部材３は頭部９と脚部10とを有しており、頭部９は
上端部が閉鎖されると共に、前記制限部材２のストッパ
板８が下端部に挿入されることにより中空状の矩形ボッ
クス形状をなしている。前記補助ばね４はストッパ板８
上面に取り付けられることで、この頭部９内に配設され
るようになっている。移動部材３の脚部10は内管と外管
とからなる二重構造となっており、頭部９の下端部から
鉛直方向に連設されている。そして、脚部10の内管と外
管との間には、永久磁石からなる筒状のマグネット11が
取り付けられている。前記制限部材２のシャフト７はこ
の脚部10の内管内に遊挿され、一方、脚部10の外管は前
記ばね１内に挿入されている。また、脚部10に対して頭
部９は大径となって、これらの境界には外方に広がる段
部12が形成されており、この段部12にばね１の上端部が
当接している。これにより前述したばね１の作動範囲の
制限が行われるばかりでなく、移動部材３の上端面を加
圧体13に連結し、加圧体13によって荷重を負荷すると、
移動部材３はばね１の附勢力に抗してシャフト７に沿っ
て移動するようになっている。このようなマグネット11
を有する移動部材３に対して、前記制限部材２は全体ま
たは少なくともストッパ板８とばね受け座６が磁性体に
よって形成されている。従って、移動部材３と制限部材
２との間には磁気吸引力が作用する。制限部材２のスト
ッパ板８上に取り付けられた前記補助ばね４は圧縮ばね
からなり、その下部がストッパ板８上面のボス部14に嵌
め合わされて固定されている。この補助ばね４は移動部
材３の頭部９内に位置するように設けられるが、その長
さは頭部の高さよりも小さくなっており、第１図に示す
初期状態では補助ばね４と頭部９との間に所定の空間が
形成されて、これらが非接触状態となっている。従っ
て、移動部材３の移動当初では補助ばね４には何らの負
荷がかからないが、移動部材９の移動で頭部９下面が補
助ばね４に当接すると、この時点から補助ばね４は負荷
を受けてたわみ、前記ばね１のたわみ量に補助ばね４の
たわみ量が加算され、その反力が大きくなる。この場
合、補助ばね４のばね定数は後述する作動が得られるよ
うに本装置が適用される産業機器などによって適宜、選
定されるものである。

次に、本実施例の作動を説明する。

一般に、磁性体からなるストッパ板８およびばね受け
座６に作用するマグネット11の磁気吸引力は、これら磁
性体8,6とマグネット11との距離に反比例する。又、圧
縮ばね１は加圧体13からの荷重に比例して、そのたわみ
量が増減し、たわみ量が増大すると荷重に対向する附勢
力（すなわち、復元力）が増大する。第２図はこれらの
特性図を示しており、特性曲線Ａは圧縮ばね１と補助ば
ね４を合わせたたわみ−荷重曲線であり、この勾配がば
ね定数（正）となっている。特性曲線Ａがa₁点で２段階
に勾配が変化するのは、a₁点以前では圧縮ばね１のみの
附勢力であるのに対し、a₁点で移動部材３が補助ばね４
に当接し、それ以降補助ばね４がたわみ、このたわみに
よる補助ばね４の附勢力が加わるためである。特性曲線
Ｂはストッパ板８に作用するマグネット11の磁気吸引力
曲線、特性曲線Ｃはばね受け座６に作用するマグネット
11の磁気吸引力曲線である。このマグネット11は圧縮ば
ね１内に挿入されて、その作用範囲内に設けられている
ので、圧縮ばね１がたわむと、ストッパ板８とマグネッ
ト11との距離が同量増大すると共に、ばね受け座６とマ
グネット11との距離が減少する。従って、横軸であるば
ねのたわみ量は同時に磁性体６とマグネット11との距離
となっている。このような本実施例では磁性体6,8が圧
縮ばね１及び補助ばね４のコイル長方向に設けられてい
るので、圧縮ばねおよび補助ばね４のたわみに対する荷
重とマグネット11の磁気吸引力とが同方向となり、これ
ら荷重と磁気吸引力とが合成されて得られる特性曲線Ｄ
が、本実施例のばね装置によるたわみ−荷重曲線であ
る。特性曲線Ｄをさらに解析すると、加圧体13による加
圧力が作用しない初期状態では圧縮ばね１のたわみ量が
「０」であり、この状態ではマグネット11が最上位置に
あり、ばね受け座６との距離が最大となっているので、
これらの間の磁気吸引力も「０」となっている。従っ
て、初期状態では装置全体としてマグネット11とストッ
パ板８との間の磁気吸引力のみが有効に作用する。次
に、加圧体13を加圧すると、移動部材３に下方向の外力
が作用し、これにより圧縮ばね１がたわんで特性曲線Ａ
に沿ってばね荷重が増大すると共に、マグネット11とス
トッパ板８との距離が増大して、これらの間の磁気吸引
力が特性曲線Ｂに沿って減少する。一方、移動部材３が
ばね受け座６に接近してマグネット11とばね受け座６と
の距離が減少するので、これらの間の磁気吸引力が特性
曲線Ｃに沿って増大する。この距離に作用する磁気吸引
力は加圧方向と同方向であるので装置に負荷される加圧
力は減少する。従って、装置全体の特性曲線d₁部分は下
降し、いわゆる負の特性を示す。さらに加圧を続行する
と、移動部材３の頭部９が補助ばね４に当接して（a
₁点）、補助ばね４がたわむ。このたわみにより圧縮ば
ね１のばね荷重に補助ばね４のばね荷重が加算されるた
め、全体としてのばね荷重は勾配が大きくなる。従っ
て、磁気吸引力を加えた装置全体の特性曲線Ｄはa₁点を
境にして一時的に増大する、いわゆる正の特性を示す
が、さらに移動部材３が移動してマグネット11とばね受
け座６との距離が小さくなると、圧縮ばね１と補助ばね
４を合したばね荷重に対してマグネット11とばね受け座
６との間の磁気吸引力が急激に増大する。従って、特性
曲線Ｄは極大点d₂から下降して、装置全体としては負の
特性を有する。

第３図は補助ばね４として非線形のばね特性を有する
圧縮ばねを使用した変形例である。この場合には移動部
材３が補助ばね４に作用すると、ばね荷重はa₁点から曲
線的に増大し、a₁点以降はたわみの増大に対して定荷重
特性（Ｄ曲線）を示すとともに、装置全体の特性曲線Ｄ
は図示のような負の特性を示す。

第４図は本発明の第２実施例を示す。この実施例にお
いても補助ばね４として圧縮ばねが使用されるが、この
補助ばね４は制限部材２のばね受け座６に支承されてい
る。この補助ばね４はばね１よりも短いものが使用され
ており、補助ばね４の組み込み部分はばねが二重構造に
存在する。この場合、補助ばね４はばね１よりも大径に
巻回されており、移動部材３の移動で、その段部12が補
助ばね４に当接すると補助ばね４に負荷を生じる。従っ
て、この実施例では装置全体の特性曲線は第２図と同様
となる。

第５図は本発明の第３実施例を示す。補助ばねとして
皿ばね15を使用したものであり、図示のとおり、皿ばね
15は制限部材２のばね受け座６上に設けられている。
又、制限部材２の下部には受板16が取り付けられてお
り、皿ばね15はばね受け座６および受板16により挟まれ
ている。そして、受板16がばね１下端部を支承する構造
となっている。このような構造では移動部材３の移動に
よってばね１がたわみ、このたわみによってばね１の荷
重が増大するが、その荷重が皿ばね15をたわませるだけ
大きくなったとき初めて皿ばね15はたわむようになって
いる。

本発明は以上の実施例に限定されることなく、種々変
更が可能である。例えば、制限部材のストッパ板とばね
受け座をマグネットとし、移動部材を磁性体としてもよ
い。

又、補助ばねとして引張りばねを使用し、この引張り
ばねを移動部材と加圧体とに掛け渡してもよい。

更に、第３図を参照して移動部材が上限位置にあると
きのストッパ板とマグネットとの間の距離を大きくして
その間に作用する磁気吸引力を小さくすることによって
広範囲の定荷重特性を奏することができる。

［発明の効果］以上の通り本発明は、たわみに対するばねの荷重と、
移動部材と制限部材との間に作用する磁気吸引力とが合
成されることにより、装置全体として正の特性以外の特
性を具現化したものであるから、移動部材の全移動範囲
で、（ａ）負の特性又は（ｂ）定荷重特性あるいは
（ｃ）負の特性、定荷重特性と正の特性の合成による任
意の非線形特性を得ることができる。しかも補助ばねを
用いているため、その特性曲線のパターンも適宜、変更
でき、応用範囲の広い正の特性以外の特性を奏するばね
装置とすることができ、その適用範囲は広汎なものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面図、第２図はそのた
わみ−荷重を示す特性図、第３図は第１実施例の変形例
によるたわみ−荷重特性図、第４図は第２実施例を示す
断面図、第５図は第３実施例を示す断面図である。１……ばね（圧縮ばね）、２……制限部材、３……移動部材、４……補助ばね（圧縮ばね）、 11……マグネット、15……補助ばね（皿ばね）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ばねと、このばねの作動範囲を制限する制
限部材と、この制限部材間を移動する移動部材と、この
移動部材の移動途中で該部材の負荷を受ける補助ばねと
を具備してなり、前記制限部材又は移動部材の、少なく
とも一方がマグネットから成り、他方が磁性体又はマグ
ネットであるばねの正の特性以外の特性を具現化するこ
とを特徴とするばね装置。